新視野號振奮人心地飛掠冥王星了。

今天我們想和你聊聊太陽系里的冥王星。

關(guān)于太陽系及其行星的故事的書不少，《那顆星星不在星圖上：尋找太陽系的疆界》是可讀性頗高的一本。太陽系的探險(xiǎn)歷史長久，研究枝杈極多，作者盧昌海能擇重點(diǎn)而講，講科學(xué)和文學(xué)巧妙結(jié)合。比如，天王星早在1690年就被記錄過，為何直到1781年才被發(fā)現(xiàn)？“海王星檔案”隱藏了重大秘密嗎？冥王星緣何會(huì)被降級？遙遠(yuǎn)的奧托云天體有可能被觀測到嗎？太陽會(huì)有伴星嗎？

北京天文臺(tái)研究員陳學(xué)雷總結(jié)說，“此書介紹了太陽系外圍行星的發(fā)現(xiàn)，昌海將其歷史過程娓娓道來，讀者可以從中了解到， 實(shí)際科學(xué)過程與哲學(xué)教科書上的理想化處理之間的差距，也可以更深刻地領(lǐng)悟科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程。”

澎湃新聞經(jīng)作者授權(quán)摘編該書關(guān)于發(fā)現(xiàn)冥王星的部分，當(dāng)然，故事得從更早之前開始講。

無中生有

尋找火神星的天文學(xué)家們已全軍盡墨， 但在海王星以外尋找新行星的天文學(xué)家們卻還處在忙碌之中， 他們的戰(zhàn)場完全是另一番景象。

我們知道， 海王星之所以能在筆尖上被發(fā)現(xiàn)， 是因?yàn)樘焱跣谴嬖诔鲕壃F(xiàn)象， 而勒維耶之所以尋找火神星， 是因?yàn)樗且泊嬖诔鲕壃F(xiàn)象， 雖然那種被稱為水星近日點(diǎn)反常進(jìn)動(dòng)的出軌現(xiàn)象具有高度的規(guī)則性， 從而與天王星的出軌完全不同。 那么， 尋找海王星以外的行星 (以下簡稱海外行星)， 尤其是通過計(jì)算手段尋找那樣的行星， 它的依據(jù)又在哪里呢？ 很遺憾地說， 只存在于天文學(xué)家們那些 “驛動(dòng)的心” 里。

自從海王星被發(fā)現(xiàn)之后， 天王星的出軌之謎基本得到了解釋， 剩余的偏差已微乎其微。 但如何看待這細(xì)微的剩余偏差， 卻有很大的講究。 我們知道， 有關(guān)行星軌道的任何觀測及計(jì)算都是有誤差的， 因此計(jì)算所得的軌道與觀測數(shù)據(jù)絕不可能完全相符。 一般來說， 只要兩者的偏差足夠小， 小于觀測及計(jì)算本身所具有的誤差， 這種偏差就算是正常的， 并且往往是隨機(jī)的。 天王星的出軌與水星近日點(diǎn)的反常進(jìn)動(dòng)之所以引人注目， 是因?yàn)樗鼈兌歼h(yuǎn)遠(yuǎn)超過了觀測及計(jì)算的誤差。 但是， 海王星被發(fā)現(xiàn)之后， 天王星的剩余 “出軌” 實(shí)際上已經(jīng)處在觀測及計(jì)算誤差許可的范圍之內(nèi)， 沒有進(jìn)一步引申的余地了。 不幸的是， 發(fā)現(xiàn)海王星的成就實(shí)在太令人心醉， 以至于此前一直追求觀測與計(jì)算的一致， 并愿為之奮斗終身的一些天文學(xué)家， 現(xiàn)在卻反而由衷地期盼起觀測與計(jì)算的不一致來。 因?yàn)槲ㄓ心菢樱?才有重演海王星發(fā)現(xiàn)史的可能。 正是在這種滿心的期待乃至虔誠的祈禱之中， 天文學(xué)家們開始在雞蛋里挑骨頭， 他們的目光變得多疑， 他們不僅 “發(fā)現(xiàn)” 天王星仍在出軌， 而且懷疑海王星也不規(guī)矩。

1848 年， 距海王星的發(fā)現(xiàn)僅僅過了兩年， 法國天文學(xué)家巴比涅特 (Jacques Babinet) 就預(yù)言了一顆海外行星。 他提出的海外行星的軌道半長徑約為 47-48 天文單位， 質(zhì)量約為地球質(zhì)量的 11.6 倍。 他的計(jì)算依據(jù)是海王星的實(shí)際軌道與勒維耶所預(yù)言的軌道之間的差別。 顯然， 這是一種完全錯(cuò)誤的計(jì)算邏輯。 因?yàn)槔站S耶所預(yù)言的軌道只是依據(jù)天王星出軌現(xiàn)象所作的推測， 而且在推測時(shí)還對軌道參數(shù) (比如半長徑) 作過帶有一定任意性的猜測， 從而根本就不是標(biāo)準(zhǔn)的海王星軌道計(jì)算 (請讀者想一想， 標(biāo)準(zhǔn)的海王星軌道計(jì)算應(yīng)該是怎樣的？)。 用那樣的軌道來研究海王星的出軌， 套用著名物理學(xué)家泡利 (Wolfgang Pauli) 的話說， 那是 “連錯(cuò)誤都不如” (not even wrong)。

理論天文學(xué)家們的心情固然急切， 觀測天文學(xué)家們的動(dòng)作也不含糊。 1851 年， 距海王星的發(fā)現(xiàn)僅僅過了四年多， 英國天文學(xué)家辛德 (我們在第 第十八節(jié) 中提到過此人， 他是海王星被發(fā)現(xiàn)后第一位觀測海王星的英國人) 宣布自己從美國天文學(xué)家弗格森 (James Ferguson) 的一份觀測報(bào)告中， 發(fā)現(xiàn)了一顆軌道半長徑為 137 天文單位的海外行星。 但是， 無論辛德、 弗格森還是其他人， 都沒能再次捕捉到那顆神秘的 “海外行星”， 它的謎底直到二十八年后才揭曉， 原來那是弗格森的一次錯(cuò)誤的觀測紀(jì)錄。

這些早期的謬誤并未阻止更多的天文學(xué)家對海外行星作出預(yù)言。 從十九世紀(jì)中葉到二十世紀(jì)初的五十年間， 歐洲和美國的天文學(xué)家們輪番向海外行星發(fā)起了沖擊， 并取得了如下 “戰(zhàn)果”：

托德 (David Todd) 預(yù)言了一顆海外行星， 軌道半長徑為 52 天文單位。

弗萊馬力奧 (Camille Flammarion) 預(yù)言了一顆海外行星， 軌道半長徑為 45 天文單位。

福布斯 (George Forbes) 預(yù)言了兩顆海外行星， 軌道半長徑分別為 100 和 300 天文單位。

勞 (Hans-Emil Lau) 預(yù)言了兩顆海外行星， 軌道半長徑分別為 46.6 和 70.7 天文單位。

達(dá)利特 (Gabriel Dallet) 預(yù)言了一顆海外行星， 軌道半長徑為 47 天文單位。

格里戈?duì)?(Theodore Grigull) 預(yù)言了一顆海外行星， 軌道半長徑為 50.6 天文單位。

杜林岡德斯 (Vicomte du Ligondes) 預(yù)言了一顆海外行星， 軌道半長徑為 50 天文單位。

西伊 (Thomas See) 預(yù)言了三顆海外行星， 軌道半長徑分別為 42.25、 56 和 72 天文單位。

伽諾夫斯基 (Alexander Garnowsky) 預(yù)言了四顆海外行星， 但沒有提供具體數(shù)據(jù)。

一時(shí)間外太陽系幾乎變成了計(jì)算天文學(xué)的練兵場。 在上述計(jì)算中， 除天王星和海王星的軌道數(shù)據(jù)外， 有些計(jì)算 (比如弗萊馬力奧和福布斯的計(jì)算) 還利用了某些彗星的軌道數(shù)據(jù)。 但與亞當(dāng)斯和勒維耶對海王星的預(yù)言截然不同的是， 天文學(xué)家們對海外行星的預(yù)言無論在數(shù)量、 質(zhì)量、 軌道半長徑、 還是具體方位上都是五花八門。 如果一定要從那些預(yù)言中找出一些共同之處， 那就是 “三不”： 即全都不具有可靠的理論基礎(chǔ)， 全都不曾得到觀測的支持， 以及全都不靠譜。

為什么亞當(dāng)斯與勒維耶預(yù)言的海王星參數(shù)彼此相近， 而人們對海外行星的預(yù)言卻如此五花八門呢？ 這個(gè)并不深?yuàn)W的問題終于引起了一位法國天文學(xué)家的注意。 此人名叫蓋洛特 (Jean Baptiste Gaillot)， 他對天王星和海王星的軌道進(jìn)行了仔細(xì)分析， 然后得出了一個(gè)直到今天依然正確的結(jié)論： 那就是在海王星被發(fā)現(xiàn)之后， 天王星和海王星軌道的觀測數(shù)據(jù)與理論計(jì)算在誤差許可的范圍之內(nèi)已經(jīng)完全相符。 換句話說， 天王星的出軌問題已經(jīng)因?yàn)楹Ｍ跣堑拇嬖诙玫搅送耆慕忉專?在誤差許可的范圍之內(nèi)， 根本就不存在所謂天王星的剩余出軌或海王星的出軌問題。

蓋洛特的分析很好地解釋了為什么天文學(xué)家們有關(guān)海外行星的預(yù)言如此五花八門， 卻無一中的。 記得很多年前筆者曾經(jīng)讀到過一則小故事， 說有三位繪畫愛好者去拜訪一位名畫家。 在畫家的畫室里他們看到了一幅剛剛完成的山水畫， 那畫很漂亮， 但令人不解的是， 在畫的角落上卻有一團(tuán)朦朧的墨跡。 這三人深信那團(tuán)墨跡必有深意， 于是便對其含義作出了五花八門的猜測。 后來還是畫家本人為他們揭開了謎底： 原來那墨跡是畫家的孫子不小心弄上去的。 在天文學(xué)家們預(yù)言海外行星的故事中， 觀測與計(jì)算的誤差仿佛是那團(tuán)墨跡， 它本無深意， 醉心于海王星發(fā)現(xiàn)史的天文學(xué)家們卻偏偏要無中生有地為它尋求解釋， 從而有了那些五花八門的預(yù)言。

分析是硬道理， 事實(shí)更是硬道理， 在親眼目睹了那么多的失敗預(yù)言后， 多數(shù)天文學(xué)家接受了蓋洛特的結(jié)論， 認(rèn)為象預(yù)言海王星那樣從理論上預(yù)言海外行星， 起碼在當(dāng)時(shí)的條件下是不可能的。 不過預(yù)言海外行星的努力并未就此而終止， 因?yàn)橛袃晌幻绹煳膶W(xué)家偏偏不信這個(gè)邪， 他們誓要將對海外行星的預(yù)言進(jìn)行到底。

歧途苦旅

這兩位在歧途上奮勇前進(jìn)的美國天文學(xué)家對新行星的預(yù)言風(fēng)格恰好走了兩個(gè)極端。 一位猶如天女散花， 四面出擊； 另一位則謹(jǐn)記傳統(tǒng)方法， 抱元守一。 皮克林 (William Pickering) 是那位喜歡天女散花的預(yù)言者。 此人出生在美國的波士頓， 這是世界名校哈佛大學(xué)與麻省理工學(xué)院的所在地， 有著厚重的學(xué)術(shù)沉淀。 皮克林有位兄弟擔(dān)任過哈佛學(xué)院天文臺(tái) (Harvard College Observatory) 的臺(tái)長， 而他本人在天文領(lǐng)域也小有成就， 曾于 1899 年發(fā)現(xiàn)了土星的一顆衛(wèi)星， 不過他也熱衷于研究一些后來被證實(shí)為子虛烏有的東西， 比如月球上的昆蟲和植被。 總體來說， 皮克林的工作風(fēng)格不夠嚴(yán)謹(jǐn)， 這在很大程度上影響了他的學(xué)術(shù)成就， 他一生有過的最高學(xué)術(shù)職位只是助理教授。 皮克林晚年花了大約二十年的時(shí)間研究海外行星。 他在這方面的研究很好地示范了他的馬虎風(fēng)格。 他雖然是一個(gè)人在戰(zhàn)斗， 但提出的海外行星數(shù)量之多， 更改之頻， 信譽(yù)之低， 以及參數(shù)之千差萬別， 全都堪稱奇觀。 自 1908 年提出第一個(gè)預(yù)言以來， 他先后預(yù)言過的海外行星共有七個(gè)之多， 且四度更改預(yù)言， 他用英文字母對自己的行星進(jìn)行了編號。 為了對他的 “戰(zhàn)果” 有一個(gè)大致了解， 我們將他的預(yù)言羅列一下 (其中行星 U 的軌道雖在海王星以內(nèi)， 卻也是為了解釋天王星海王星的 “出軌” 的而提出的； 帶撇的行星則是相應(yīng)的不帶撇行星的 “補(bǔ)丁加強(qiáng)版”)：

行星 O (1908 年)： 軌道半長徑 51.9 天文單位， 質(zhì)量為地球質(zhì)量的 2 倍。

行星 P (1911 年)： 軌道半長徑 123 天文單位。

行星 Q (1911 年)： 軌道半長徑 875 天文單位， 質(zhì)量為地球質(zhì)量的 20000 倍。

行星 R (1911 年)： 軌道半長徑 6250 天文單位， 質(zhì)量為地球質(zhì)量的 10000 倍。

行星 O' (1919 年)： 軌道半長徑 55.1 天文單位， 質(zhì)量為地球質(zhì)量的 2 倍。

行星 O" (1928 年)： 軌道半長徑 55.1 天文單位， 質(zhì)量為地球質(zhì)量的 0.75 倍。

行星 P' (1928 年)： 軌道半長徑 67.7 天文單位， 質(zhì)量為地球質(zhì)量的 20 倍。

行星 S (1931 年)： 軌道半長徑 48.3 天文單位， 質(zhì)量為地球質(zhì)量的 5 倍。

行星 T (1931 年)： 軌道半長徑 32.8 天文單位。

行星 P" (1931 年)： 軌道半長徑 75.5 天文單位， 質(zhì)量為地球質(zhì)量的 50 倍。

行星 U (1932 年)： 軌道半長徑 5.79 天文單位， 質(zhì)量為地球質(zhì)量的 0.045 倍。

除孜孜不倦地從事計(jì)算外， 皮克林還投入了大量的時(shí)間親自搜索這些新行星。 可惜他預(yù)言的行星雖多， 在觀測上卻一無所獲。 1908 年， 在他完成了自己的第一個(gè)預(yù)言——對行星 O 的預(yù)言——后， 他向一位名叫羅威爾 (Percival Lowell) 的美國天文學(xué)家請求了觀測方面的協(xié)助。 這位羅威爾是他的波士頓老鄉(xiāng)， 而且很巧的是， 羅威爾也有一個(gè)兄弟在哈佛任職， 且職位更牛， 曾任哈佛校長。 與皮克林研究月球上的昆蟲和植被相類似， 羅威爾也熱衷于研究一些后來被證實(shí)為子虛烏有的東西， 比如火星人和火星運(yùn)河。 羅威爾對天文學(xué)的主要貢獻(xiàn)， 是出資在亞里桑那州 (Arizona) 的一片海拔兩千多米的荒涼高原上建立了著名的羅威爾天文臺(tái) (Lowell Observatory)。 這是美國最古老的天文臺(tái)之一， 也是全世界最早建立的遠(yuǎn)離都市地區(qū)的永久天文臺(tái)之一。 這一天文臺(tái)早期的一個(gè)主要使命， 就是觀測火星運(yùn)河。

皮克林之所以請求羅威爾提供協(xié)助， 除兩人是同鄉(xiāng)兼同行外， 還有一個(gè)原因， 那就是皮克林曾在羅威爾天文臺(tái)的興建過程中向羅威爾提供過幫助。 照說有這么多層的 “親密” 關(guān)系， 羅威爾是沒有理由不鼎力相助的。 可惜皮克林卻有一事不知， 那就是羅威爾正是那另一位 “不信邪” 的美國天文學(xué)家， 他當(dāng)時(shí)也在從事新行星的搜尋工作， 而且已經(jīng)進(jìn)行了三年。 有亞當(dāng)斯與勒維耶的海王星之爭作前車之鑒， 羅威爾對自己在這方面的努力進(jìn)行了嚴(yán)格的保密， 甚至在天文臺(tái)內(nèi)部的通信中都絕口不提新行星一詞。 接到皮克林的請求后， 羅威爾暗自心驚。 他一方面不動(dòng)聲色地予以婉拒， 另一方面則加緊了自己的努力， 將精力從火星運(yùn)河上收了回來， 集中到對新行星的研究上來。 不過當(dāng)他看到皮克林的粗糙計(jì)算后， 立刻就放了心， 看來并不是什么人都有能力從事這方面的工作的。 自那以后， 羅威爾不再避諱提及新行星， 他將新行星稱為行星 X。

羅威爾尋找新行星的努力最初側(cè)重的是觀測， 可惜一連五年顆粒無收。 自 1910 年起， 他決定對新行星的軌道進(jìn)行計(jì)算， 以便為觀測提供引導(dǎo)。 羅威爾的數(shù)學(xué)功底遠(yuǎn)在皮克林之上， 與后者的漫天撒網(wǎng)不同， 羅威爾對新行星的計(jì)算具有很好的單一性 (即相信所有的剩余 “出軌” 現(xiàn)象都是由單一海外行星造成的)。 與亞當(dāng)斯和勒維耶一樣， 他首先對新行星的軌道半長徑作出了一個(gè)在他看來較為合理的假設(shè)， 然后利用天王星和海王星的 “出軌” 數(shù)據(jù)來推算其它參數(shù)。 在具體的計(jì)算上他采用了勒維耶的方法 (因?yàn)槔站S耶發(fā)表了完整的計(jì)算方法， 而亞當(dāng)斯只發(fā)表了一個(gè)概述)。

那么新行星的軌道半長徑應(yīng)該選多大呢？ 羅威爾進(jìn)行了獨(dú)特的分析。 由于海王星的發(fā)現(xiàn)明顯破壞了提丟斯-波德定則， 因此在尋找海外行星時(shí)人們已不再參考這一定則。 為此， 羅威爾提出了一個(gè)新的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律， 那就是每顆行星與前一顆行星的軌道周期之比都很接近于一個(gè)簡單分?jǐn)?shù)， 比如海王星與天王星的軌道周期之比約為 2:1， 土星與木星的軌道周期之比約為 5:2。 在此基礎(chǔ)上， 他提出一個(gè)假設(shè)， 即行星 X 與海王星的軌道周期之比是 2:1。 由開普勒第三定律可知 (請讀者自行驗(yàn)證)， 這意味著行星 X 的軌道半長徑約為 47.5 天文單位。 應(yīng)該說， 羅威爾的這個(gè)猜測有其高明之處， 因?yàn)槟承┬行?(或衛(wèi)星) 的軌道之間存在著所謂的軌道共振現(xiàn)象， 它們的周期之比的確非常接近簡單分?jǐn)?shù)。 不過軌道共振并非普遍現(xiàn)象， 而且即便出現(xiàn)軌道共振， 也沒有理由認(rèn)為行星 X 與海王星的軌道周期之比就一定是 2:1。 羅威爾自己或許也意識到了這一點(diǎn)， 他后來還嘗試過兩個(gè)不同的軌道半長徑： 43.0 和 44.7 天文單位。 1912 年， 勞累過度的羅威爾病倒了幾個(gè)月， 但借助四位數(shù)學(xué)助手的協(xié)助， 他終于在 1913-1914 年間完成了初步計(jì)算， 他給出的行星 X 的質(zhì)量為地球質(zhì)量的 6.6 倍。

在進(jìn)行理論計(jì)算的同時(shí)， 羅威爾也沒有放棄觀測搜尋。 他將自己一生的最后歲月全都投入到了搜尋新行星的不懈努力之中。 可惜的是， 他 - 以及皮克林 - 的所有努力與以前那些失敗的預(yù)言并無實(shí)質(zhì)差別。 如果把他們投入巨大心力所做的計(jì)算比喻為大廈， 那么所有那些大廈 - 無論多么華美 - 全都是建立在流沙之上的。 隨著時(shí)間的推移， 羅威爾的努力越來越被人們所忽視。 1915 年初， 他在美國藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院 (American Academy of Arts and Science) 所作的一個(gè)有關(guān)海外行星搜索的報(bào)告受到了學(xué)術(shù)界與公眾的雙重冷遇， 他的文章甚至被科學(xué)院拒收。 自那以后， 羅威爾對新行星的熱情一落千丈， 而他的生命之路也在不久之后走到了盡頭。

1916 年， 羅威爾帶著未能找到行星 X 的遺憾離開了人世。 在他一生的最后五年里， 羅威爾天文臺(tái)積累了多達(dá)一千張的照相紀(jì)錄， 在那些紀(jì)錄中包含了 515 顆小行星， 700 顆變星， 以及 - 他萬萬不曾想到的 - 新行星的兩次影像！ 這真是： 有緣千里來相會(huì)， 無緣對面不相逢。

農(nóng)家少年

羅威爾雖然去世了， 但他為自己的未竟事業(yè)留下了一份最寶貴的遺產(chǎn)， 那就是羅威爾天文臺(tái)。 他并且還在遺囑中留出了超過一百萬美元作為天文臺(tái)的運(yùn)作經(jīng)費(fèi)， 這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)巨大的數(shù)目。 可惜的是， 第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)徹底終止了象尋找新行星那樣的 “小資” 活動(dòng)。 更糟糕的是， 羅威爾的遺孀因不滿財(cái)產(chǎn)分配而發(fā)起了一場訴訟官司， 這場官司不僅阻礙了天文臺(tái)的運(yùn)作， 而且耗去了羅威爾留給天文臺(tái)的那筆經(jīng)費(fèi)的很大一部分。 經(jīng)歷了這些波劫的天文臺(tái)直到 1927 年才重回正軌， 可經(jīng)費(fèi)卻已變得拮據(jù)。 這時(shí)候， 羅威爾那位擔(dān)任哈佛校長的哥哥施出了援助之手， 向天文臺(tái)捐贈(zèng)了一萬美元。 在此基礎(chǔ)上， 天文臺(tái)開始裝備一臺(tái)口徑 13 英寸的照相反射望遠(yuǎn)鏡。

不過世事變遷對羅威爾天文臺(tái)的影響不僅體現(xiàn)在財(cái)務(wù)上， 也涉及到了學(xué)術(shù)。 當(dāng)時(shí)羅威爾的多數(shù)工作 (比如對火星運(yùn)河的觀測) 已被天文學(xué)界判定為是毫無價(jià)值的， 而大半個(gè)世紀(jì)以來有關(guān)新行星的天女散花般的 “預(yù)言” 也早已信譽(yù)掃地。 天文臺(tái)是否還要繼承 “羅威爾道路” 呢？ 羅威爾生前從事的尋找新行星的工作是否還要繼續(xù)呢？ 這是羅威爾天文臺(tái)面臨的一個(gè)新的十字路口。 在這個(gè)路口上， 天文臺(tái)的資深天文學(xué)家們大都作出了與當(dāng)年那些錯(cuò)過了海王星的天文學(xué)家們一樣的選擇， 即用其它任務(wù)填滿自己的工作日程， 不再抽時(shí)間從事新行星的搜索。 對于一般的天文臺(tái)來說， 這應(yīng)該就是新行星故事的終結(jié)了。 不過羅威爾天文臺(tái)終究不是一般的天文臺(tái)， 它并未完全忘記創(chuàng)始人羅威爾的心愿。 雖然不可能再以新行星搜索為工作重心， 但它當(dāng)時(shí)的托管人 - 羅威爾的外甥普特南 (Roger Putnam) - 決定招募一名觀測助理來從事新行星的搜索。

說來也巧， 恰好就在這時(shí)， 一封來自坎薩斯州 (Kansas) 的求職信寄到了天文臺(tái)， 求職者是一位 22 歲的農(nóng)家少年。

這位少年名叫湯博 (Clyde Tombaugh)， 1906 年 2 月 4 日出生在伊利諾伊州 (Illinois)， 16 歲時(shí)隨父母遷居到坎薩斯州。 受他叔叔的影響， 湯博從小喜愛天文。 由于家境貧寒， 加上父母又不懂計(jì)劃生育 (共生育了六個(gè)小孩)， 湯博中學(xué)畢業(yè)后只能輟學(xué)在家。 他白天幫家里干農(nóng)活， 晚上則沉醉于觀測無窮無盡的星空。 由于沒錢購買合適的望遠(yuǎn)鏡， 湯博用廢棄的船艙玻璃、 木板及農(nóng)機(jī)零件， 自己動(dòng)手制作了口徑為 7 英寸和 9 英寸的望遠(yuǎn)鏡。

如果不是 1928 年的一場突如其來的冰雹， 湯博的一生也許就這樣靜靜地在農(nóng)莊里度過了。 那一年， 湯博家的莊稼長勢極好， 卻在收獲季節(jié)來臨之前毀于冰雹。 這場變故讓湯博覺得應(yīng)該找一個(gè)更可靠的職業(yè)來資助家里。 于是他向當(dāng)時(shí)自己知道的唯一一個(gè)天文臺(tái) - 羅威爾天文臺(tái) - 發(fā)去了求職信， 并在信中附上了自己的一些筆記和圖片。

一位務(wù)農(nóng)在家、 且只有中學(xué)學(xué)歷的小伙子能引起羅威爾天文臺(tái)的注意嗎？ 很幸運(yùn)， 答案是肯定的。 湯博在求職信中所附的筆記和圖片給羅威爾天文臺(tái)的臺(tái)長斯萊弗 (Vesto Slipher) 留下了很好的印象。 他制作望遠(yuǎn)鏡的手藝也正是羅威爾天文臺(tái)所需要的， 因?yàn)樘煳呐_(tái)的 13 英寸照相反射望遠(yuǎn)鏡當(dāng)時(shí)正在裝配之中。 甚至連他的務(wù)農(nóng)經(jīng)歷對斯萊弗來說也顯得很親切， 因?yàn)樗谷R弗本人及天文臺(tái)的另外兩位資深天文學(xué)家小時(shí)候都有過類似的經(jīng)歷。

1929 年 1 月， 湯博乘坐了整整 28 小時(shí)的長途火車抵達(dá)羅威爾天文臺(tái)， 成為了天文臺(tái)的一名觀測助理。 不久之后， 在他的參與下， 天文臺(tái)的 13 英寸照相反射望遠(yuǎn)鏡完成了裝配及調(diào)試工作。

1929 年 4 月， 年輕的湯博正式走上了尋找海外行星的征途。

與發(fā)現(xiàn)天王星及海王星的時(shí)代相比， 天文觀測的手段 - 尤其是對暗淡天體的觀測手段 - 已經(jīng)有了很大的改善。 早期的觀測需要觀測者對天體坐標(biāo)進(jìn)行手工記錄， 這對于觀測暗淡天體來說是極為不利的。 因?yàn)橐箍罩性绞前档奶祗w數(shù)量就越多， 當(dāng)所要觀測的天體暗淡到一定程度時(shí)， 需要排查的天體數(shù)量就會(huì)多到讓手工記錄成為不可承受之重。 為了解決這一問題， 天文學(xué)家們將照相技術(shù)引進(jìn)到了天文觀測之中。 這樣， 手工紀(jì)錄的天體坐標(biāo)就由相片所替代， 而原先需要通過核對坐標(biāo)來做的尋找新行星的工作， 則可以通過對不同時(shí)間攝于同一天區(qū)的相片進(jìn)行對比來實(shí)現(xiàn)。

羅威爾當(dāng)年采用的就是這樣的方法。 這種方法免除了對天體坐標(biāo)進(jìn)行手工紀(jì)錄的麻煩， 但卻并不意味著天文觀測從此變得輕松了。 事實(shí)上， 在所要尋找的天體足夠暗淡時(shí)， 即便這樣的方法也充滿了困難。 因?yàn)橐粡埾嗥鶗?huì)包含幾萬甚至幾十萬個(gè)星體， 對比排查的任務(wù)極其艱巨， 幾乎達(dá)到了肉眼不可能勝任的程度。 而且需要對比的星體越多， 就越容易因疏忽而丟失目標(biāo)。 為此， 天文學(xué)家們又采用了一種新的儀器， 叫做閃視比較儀 (blink comparator)。 這種儀器的工作原理很簡單， 就是將需要對比的相片彼此疊合、 快速切換。 顯然， 位置或亮度發(fā)生過變化的天體將會(huì)在相片的切換過程中顯示出跳躍或閃爍， 從而變得很顯眼。 更有利的是， 閃視比較儀還可以與光學(xué)放大系統(tǒng)結(jié)合在一起， 進(jìn)一步提高分辨率。 有鑒于此， 羅威爾天文臺(tái)的天文學(xué)家們早在羅威爾還在世時(shí)， 就曾多次建議羅威爾購買閃視比較儀， 并在 1911 年羅威爾的生日派對上成功說服了羅威爾。

不過閃視比較儀的想法雖然高明， 真正使用起來卻仍不是一件容易的事情， 因?yàn)閷ν惶靺^(qū)的兩張相片只有在拍攝角度、 曝光強(qiáng)度、 膠卷沖洗等方面都保持高度的一致， 才能獲得良好的閃視比較效果。 否則的話， 連那些背景天體也會(huì)因?yàn)橄嗥旧淼娜藶椴町惗@示出變化。 為了獲得最佳的對比效果， 湯博細(xì)心歸納了在不同天氣條件下所需的曝光時(shí)間， 并選出了一些明亮天體作為校正角度的參照點(diǎn)。 他對每個(gè)天區(qū)都進(jìn)行三次拍攝， 以便從中選出兩張最接近的相片進(jìn)行對比。

寒夜暗影

湯博的搜索工作從接近羅威爾預(yù)言的巨蟹座開始。 起初他只負(fù)責(zé)拍攝， 閃視比較的工作則交由另一位天文學(xué)家進(jìn)行。 1929 年 4 月 11 日， 湯博的搜索工作剛剛進(jìn)入第五天， 就成功地拍攝到了新行星的倩影。 十九天后， 他在對同一天區(qū)進(jìn)行拍攝時(shí)再次將新行星攝入了相片。 可惜的是， 4 月 11 日的照相膠片因天氣寒冷而產(chǎn)生了裂縫， 并且紀(jì)錄本身也因太接近地平線而受到了大氣折射的干擾， 進(jìn)一步影響了質(zhì)量。 負(fù)責(zé)閃視比較的天文學(xué)家沒能從數(shù)以萬計(jì)的天體中發(fā)現(xiàn)這組紀(jì)錄， 從而錯(cuò)過了一次可能的發(fā)現(xiàn)。 這是繼羅威爾時(shí)代的兩次影像之后， 新行星又一次躲過了羅威爾天文臺(tái)的搜索。

幾個(gè)月后， 負(fù)責(zé)閃視比較的天文學(xué)家越來越忙于其它工作， 很難抽出時(shí)間從事閃視比較， 湯博便決定將這項(xiàng)工作接到自己手上。 自那以后， 他每個(gè)月用一半的時(shí)間從事觀測， 另一半的時(shí)間用來做閃視比較。 由于相片上的天體實(shí)在太多， 為避免數(shù)量壓倒質(zhì)量， 湯博將每張相片都分割成很多小塊， 每塊包含幾百個(gè)天體。 顯然， 這是一項(xiàng)高度重復(fù)， 并且極其枯燥的工作。 一般來說， 檢查幾平方英寸的相片就會(huì)花去一整天的時(shí)間。 當(dāng)然， 要說其中一點(diǎn)興奮的東西也沒有， 那倒也不是， 時(shí)不時(shí)地湯博會(huì)看到一些變動(dòng)的天體。 不過， 這時(shí)可不能高興得太早， 因?yàn)橛泻芏圄~目混珠的天體會(huì)讓人誤以為找到了目標(biāo)。 事實(shí)上， 湯博在每組相片中都會(huì)看到幾十個(gè)那樣的天體。 可惜它們要么是變星， 要么是小行星、 彗星或已知的行星， 卻沒有一顆是新行星。 這種 “狼來了” 的虛假天體見得多了， 非但不能再帶來興奮， 反而容易使人產(chǎn)生麻痹心理。 但湯博始終保持著高度的敏銳和冷靜， 既不放過半點(diǎn)可疑的東西， 也從未作出過任何錯(cuò)誤的宣告。

又過了幾個(gè)月， 一無所獲的湯博決定不再以羅威爾的預(yù)言為參考， 畢竟他老人家的 “預(yù)言” 就象火星運(yùn)河一樣， 口碑并不高， 再緊盯下去有在一顆樹上吊死的危險(xiǎn)。 作出了這一決定后， 湯博將搜索范圍擴(kuò)大到了整個(gè)黃道面的附近， 他的這一決定終結(jié)了羅威爾的預(yù)言對他搜索工作的幫助， 因?yàn)檫@時(shí)的他已經(jīng)走上了類似于巡天觀測的道路。

1929 年在繁忙的觀測中悄然逝去， 湯博在亞里桑那州寒冷高原的觀測室里幾乎沿黃道面搜索了一整圈。 1930 年 1 月， 他的望遠(yuǎn)鏡重新轉(zhuǎn)回到了最初搜索過的天區(qū)。 唯一不同的是， 上一次是別人在幫他做閃視比較， 而現(xiàn)在卻是他本人在做。

1 月 21 日， 那個(gè)九個(gè)多月前曾經(jīng)落網(wǎng)， 卻在閃視比較時(shí)從網(wǎng)眼里溜走的暗淡天體再次出現(xiàn)在了湯博的相片上 - 當(dāng)然， 這時(shí)候雖然 “天知地知”， 湯博本人卻還不知道。 1 月 23 日和 29 日， 在高原寒夜的極佳觀測條件下， 湯博完成了對這一天區(qū)的第二和第三次拍攝。

2 月 15 日， 湯博開始檢查后兩次拍攝的相片。 還是老辦法， 先分割， 然后一片一片地進(jìn)行閃視比較。 2 月 18 日下午 4 時(shí)， 他在對比以雙子座 δ 星為中心的一小片天區(qū)的相片時(shí)， 發(fā)現(xiàn)了一個(gè)亮度只有 15 等的移動(dòng)星體。

就象曾經(jīng)無數(shù)次重復(fù)過的那樣， 湯博對這一天體進(jìn)行了仔細(xì)的查驗(yàn)。 45 分鐘之后， 除新行星外的其它可能性逐一得到了排除， 興奮不已的湯博找到資深天文學(xué)家蘭普朗德 (Carl Lampland)， 告訴他自己終于找到了新行星。 已在羅威爾天文臺(tái)工作了 28 年的蘭普朗德幽默地回答說他早已知道了， 因?yàn)樗⒁獾搅艘恢泵β抵拈W視比較儀的聲音突然停止， 并變成了長時(shí)間的靜寂。 小伙子一定是發(fā)現(xiàn)了什么。

很快， 天文臺(tái)的幾位資深天文學(xué)家與湯博一起沖進(jìn)工作室， 開始緊張的復(fù)查。 經(jīng)初步確認(rèn)后， 斯萊弗臺(tái)長決定對這一天體先進(jìn)行一段時(shí)間的跟蹤觀測， 然后再對外公布。 斯萊弗的這個(gè)決定既是出于謹(jǐn)慎， 也暗藏著一些私心， 因?yàn)樗肜眠@段時(shí)間積累觀測數(shù)據(jù)， 以便在接下來的新行星軌道計(jì)算中奪得先機(jī)。

在接下來的一個(gè)月的時(shí)間里， 在天氣許可的每一個(gè)夜晚， 所有其它工作通通被拋到了爪洼國， 羅威爾天文臺(tái)把全部的觀測力量都投入到了對新天體的觀測之中。 這時(shí)候， 再?zèng)]有什么任務(wù)能比曾被當(dāng)成雞肋的新行星觀測更重要了。

1930 年 3 月 13 日， 羅威爾天文臺(tái)正式對外宣布了發(fā)現(xiàn)新行星的消息。 這一天是羅威爾誕辰 75 周年的日子。 149 年前， 也正是在這一天， 赫歇耳發(fā)現(xiàn)了天王星。

不久之后， 羅威爾天文臺(tái)的天文學(xué)家投票從來自全世界的候選名字中選出了新行星的名字： 普盧托 (Pluto)， 它是羅馬神話中的地獄之神。 說起來令人難以置信， 首先提議這一名稱的竟是英國牛津的一位年僅 11 歲的小女孩， 她曾經(jīng)學(xué)過經(jīng)典神話故事并且很感興趣， 于是就提議用地獄之神命名這顆離太陽最遠(yuǎn)， 從而最寒冷的新行星。 在中文中， 這一行星被稱為冥王星。

冥王星的發(fā)現(xiàn)讓崛起中的美國科學(xué)界欣喜不已， 在歐洲天文界壟斷重大天文發(fā)現(xiàn)這么多年之后， 幸運(yùn)之神終于溜跶到了美利堅(jiān)， 一些美國媒體興奮地將新行星稱為 “美國行星”。 但當(dāng)時(shí)也許誰也不會(huì)想到， 這個(gè)以地獄之神命名的新天體在天堂里待了七十六年之后， 竟會(huì)從行星寶座上跌落下來， 墮回 “地獄”。

讀者們也許還記得， 湯博對冥王星的搜索， 是從接近羅威爾預(yù)言的位置開始的， 他曾經(jīng)記錄過冥王星的位置， 只是未被認(rèn)出。 而當(dāng)他正式發(fā)現(xiàn)冥王星的時(shí)候， 他在黃道面附近完成了一整圈的搜索， 又重新回到了起始時(shí)的天區(qū)。 這表明冥王星的位置距離羅威爾的預(yù)言并不遠(yuǎn)。 事實(shí)上， 冥王星被發(fā)現(xiàn)時(shí)的位置與羅威爾 1914 年所預(yù)言的行星 X 在 1930 年初的位置只相差 6°，這雖不象海王星的預(yù)言那么漂亮， 卻也不算太差。 繼海王星之后， 天體力學(xué)似乎又一次鑄造了輝煌。 發(fā)現(xiàn)新行星的消息被宣布后的第二天， 哈佛學(xué)院天文臺(tái)臺(tái)長沙普利 (Harlow Shapley) 在費(fèi)城的一次小范圍演講被臨時(shí)換到了一個(gè)大場地， 因?yàn)樗麤Q定在演講中加入有關(guān)新行星的消息。 那一天， 數(shù)以千計(jì)的聽眾擠滿了演講大廳。 當(dāng)久違了的羅威爾相片出現(xiàn)在投影儀上時(shí)， 全場響起了雷鳴般的掌聲。 聽眾們用發(fā)自內(nèi)心的掌聲向這位已故的天文學(xué)家致敬。 此情此景， 因研究火星運(yùn)河而遭冷遇的羅威爾若泉下有知， 也當(dāng)含笑了。

但是， 冥王星的發(fā)現(xiàn)果真是繼海王星之后天體力學(xué)的又一次偉大勝利嗎？